FR2901018A3 - Procede de mesure des parametres d'adherence entre la voie d'un vehicule et la chaussee - Google Patents

Abstract

Procédé de mesure des paramètres d'adhérence entre la roue d'un véhicule et la chaussée, dans lequel plusieurs capteurs (11,12,13) équipant le roulement de la roue (1) du véhicule délivrent chacun un signal élémentaire (s1,s2,s3) représentatif de déformation locale du roulement (1), elle-même fonction des efforts transmis par le roulement, lesdits signaux élémentaires (s1,s2,s3) comportant une composante continue et une perturbation périodique due au passage des billes du roulement au droit du capteur concerné, caractérisé en ce que, à partir des signaux élémentaires (s1,s2,s3), on élabore un signal intermédiaire (SM) obtenu par la somme pondérée des signaux élémentaires issus desdits capteurs, le signal intermédiaire étant représentatif de la valeur moyenne desdits signaux élémentaires.

Description

PROCEDE DE MESURE DES PARAMETRES D'ADHERENCE ENTRE LA VOIE D'UN VEHICULE

ET LA CHAUSSEE

Domaine technique L'invention se rattache au domaine des véhicules automobiles, et concerne plus spécifiquement l'instrumentation équipant le véhicule en vue de mesurer les paramètres relatifs à l'adhérence entre la roue du véhicule et la chaussée. Elle vise plus spécifiquement un procédé traitant des signaux de capteurs équipant un roulement de roue, en vue d'évaluer des paramètres d'adhérence de manière quasi- insensible à la vitesse du véhicule en particulier.

Techniques antérieures De façon générale, la mesure de l'adhérence entre une roue de véhicule et la chaussée passe par l'évaluation des efforts longitudinaux et transversaux s'exerçant au niveau de la zone de contact entre le pneumatique et la chaussée. On conçoit aisément que la mesure de ces efforts ne peut se faire directement au niveau de cette zone de contact, mais doit se déduire de mesures d'efforts réalisées dans une zone où il est possible d'implanter des capteurs de force.

Ainsi, le document FR 2 716 717 décrit une solution à ce problème, qui consiste à instrumenter la zone de jonction entre le moyeu et la jante, en implantant un certain nombre de capteurs dynamométriques permettant de déterminer les efforts transmis à la jante. On conçoit qu'une des difficultés de ce type de système réside dans le fait que les capteurs dynamométriques sont implantés sur une pièce tournante, et qu'il est donc nécessaire d'utiliser un système permettant d'acheminer les signaux issus de ces capteurs dans une zone fixe du véhicule. Cette transmission peut s'effectuer par voie de collecteurs mécaniques, par voie optique ou radio. Outre la complexité technique d'une telle solution, son prix est défavorable pour son implantation sur des véhicules réalisés en série.

Une solution à ce problème a déjà été proposée, qui consiste à instrumenter le roulement de roues, c'est-à-dire le roulement situé entre le porte fusée fixe et le moyeu mobile. La mesure des efforts au niveau du roulement permet de recalculer le torseur des efforts appliqués au niveau de l'interface roue/chaussée selon les enseignements du document FR 2 839 553.

Ainsi, des roulements instrumentés permettant d'effectuer ces mesures sont décrits dans les documents FR 2 869 966, FR 2 869 982, FR 2 869 981. Plus précisément, la bague extérieure de roulement, c'est-à-dire celle qui est fixe par opposition à la bague interne qui est mobile, est équipée de capteurs de déformations.

En effet, en fonction des efforts qui transitent par le roulement, la bague extérieure subit des déformations élastiques microscopiques, exercées par les billes du roulement. Du fait que les efforts transitent par les billes du roulement, et que ces dernières sont en nombre fini, les déformations mesurées en un point donné de la bague supérieure, fluctuent en fonction de la position des billes par rapport au point considéré.

Autrement dit, les déformations sont plus importantes lorsqu'une bille se trouve à l'aplomb du point où est mesurée la déformation. A l'inverse, ces déformations sont moindres aux instants où les billes se trouvent de part et d'autre du point considéré.

En d'autres termes, les déformations mesurées sur la bague extérieure incluent une composante continue et une composante alternative, qui est fonction 25 de la vitesse des billes.

Ainsi, pour mesurer le niveau d'effort transmis au niveau des roulements, les documents FR 2 869 980 et FR 2869 981 enseignent un procédé qui consiste à mesurer l'amplitude de la composante alternative du signal représentatif de la 30 déformation de la bague extérieure.

Autrement dit, ces documents s'attachent à mesurer l'amplitude de la composante pseudo sinusoïdale du signal de déformation, consécutive au passage des billes. Bien qu'un tel procédé présente des qualités de résistance vis-à-vis des dérives en température, il n'en demeure pas moins qu'il présente des inconvénients importants.

En effet, la fréquence du signal de déformation est proportionnelle à la vitesse du véhicule ainsi qu'au nombre de billes du roulement. On conçoit donc que pour élaborer une mesure pertinente, il est nécessaire d'effectuer un filtrage fréquentiel passe-bande du signal de déformation. Or, la bande de fréquence pertinente varie directement avec la vitesse du véhicule, de sorte qu'il est nécessaire d'effectuer un filtrage adaptatif, présentant une bande de fréquence glissante.

Un tel filtrage est complexe à mettre en oeuvre, et engendre lorsqu'il est réalisé par une sélection de plusieurs filtres, des phases transitoires délicates, lors du passage d'un filtre à l'autre.

Un des objectifs de l'invention est de fournir un signal qui présente une très 20 faible sensibilité vis-à-vis de la vitesse du véhicule.

Exposé de l'invention L'invention concerne donc un procédé de mesure des paramètres d'adhérence entre la roue d'un véhicule et la chaussée. De façon connue, plusieurs capteurs 25 équipant le roulement de la roue du véhicule délivrent chacun un signal élémentaire représentatif de déformation locale du roulement, cette déformation étant elle-même fonction des efforts transmis par le roulement. Ces signaux élémentaires comportent une composante continue et une perturbation périodique due au passage des billes de roulement au droit du capteur concerné. 30 Conformément à l'invention, ce procédé se caractérise en ce qu'à partir des signaux élémentaires, on élabore un signal intermédiaire, obtenu par la somme pondérée des signaux élémentaires issus de chacun des capteurs, ce signal intermédiaire étant représentatif de la valeur moyenne de ces signaux élémentaires.

En d'autres termes, l'invention consiste à élaborer une image de la valeur moyenne de la déformation, représentative du niveau d'efforts transmis via le roulement, par opposition aux systèmes de l'Art antérieur qui prennent en compte l'amplitude de la perturbation consécutive aux déformations engendrées par le passage des billes du roulement.

Autrement dit, par une somme combinée des signaux issus de plusieurs capteurs, on parvient à obtenir un signal intermédiaire, dans lequel la composante alternative est éliminée, ou à tout le moins très fortement diminuée. L'évaluation de la valeur d'effort est ainsi fonction d'un signal continu, pour lequel il n'est donc pas nécessaire d'effectuer de filtrage en fréquence. Le niveau d'effort ainsi obtenu est donc pertinent, quelle que soit la plage de vitesse du véhicule.

En pratique, la somme pondérée utilise des coefficients affectés à chaque signal élémentaire qui sont d'une part, proportionnels à la somme des normes de tous les signaux élémentaires, et d'autre part, inversement proportionnels à la norme de chaque signal élémentaire concerné. Autrement dit, la somme pondérée caractéristique met en oeuvre la somme de chacun des signaux élémentaires normalisés, c'est-à-dire divisés par leur valeur moyenne quadratique, qui est mesurée sur une durée correspondant à une fenêtre de pondération suffisamment longue.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les capteurs sont décalés spatialement par rapport aux positions des billes du roulement, de telle sorte que les signaux élémentaires qu'ils génèrent sont déphasés de façon équirépartie, et présentent donc des déphasages qui sont multiples les uns des autres.30 En d'autres termes, les capteurs délivrant les signaux élémentaires sont répartis régulièrement le long d'un pas entre billes, de manière à délivrer des signaux qui sont également déphasés avec la même répartition.

Avantageusement en pratique, le signal intermédiaire caractéristique peut être utilisé dans le cadre d'une étape de comparaison par rapport à un signal de référence, lui-même associé à un ensemble prédéterminé de paramètres d'adhérence.

Autrement dit, la comparaison de la forme du signal intermédiaire représentatif de la valeur moyenne des efforts transitant au niveau du roulement permet de déduire la valeur des coefficients d'adhérence longitudinaux et transversaux. Cette comparaison peut avantageusement s'effectuer par régression linéaire ou non.

Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées, dans lesquelles : La figure 1 est une représentation schématique d'un roulement de roues instrumentées et permettant à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Les figures 2a, 2b, et 2c sont des chronogrammes illustrant la forme des signaux délivrés par chacun des capteurs illustrés à la figure 1. La figure 2d est un chronogramme illustrant le signal intermédiaire 25 caractéristique, obtenu à partir des signaux des figures 2a, 2b et 2c. Les figures 3a et 3b sont des chronogrammes illustrant l'adhérence mobilisée, respectivement longitudinale et transversale, montrée à la fois telle que mesurée par des résultats expérimentaux et en utilisant le procédé conforme à l'invention.

30 Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un procédé de mesure des paramètres d'adhérence entre la roue du véhicule et la chaussée. Ce procédé utilise des signaux issus de capteurs de déformation implantés sur la bague extérieure du roulement de roue.

Cette instrumentation est analogue à celle décrite dans les documents 5 FR 2 869 980, FR 2 869 981 et FR 2 869 982, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de les décrire ici plus en détail.

Le roulement à bille (1) représenté schématiquement à la figure 1 comporte ainsi une bague extérieure (2) et une bague intérieure (3) entre lesquelles sont 10 emprisonnées un certain nombre de billes (4), montrées au nombre de 14 dans l'exemple illustré. La bague extérieure (2) du roulement est équipée d'un certain nombre de capteurs (11,12,13), illustrés au nombre de trois dans la figure 1.

Ces capteurs de déformation (11,12,13) sont agencés avec une répartition 15 spatiale particulière. En effet, les efforts transmis entre les deux bagues (2,3) de roulement par l'intermédiaire des billes provoquent des déformations du roulement qui présentent une périodicité directement liée au nombre de billes. Ainsi, le capteur (11) illustré à la figure 1 au droit d'une bille mesure une déformation instantanée plus importante que le capteur (12) qui se trouve à mi-chemin entre 20 deux billes successives. Ainsi, les signaux délivrés par les capteurs (11, 12, 13) comportent une composante alternative, pseudo sinusoïdale, dont la fréquence est égale à la fréquence de passage d'une bille, multiplié par le nombre de billes (4) du roulement.

25 Plus précisément, les trois capteurs illustrés à la figure 1 sont implantés de manière répartie à l'intérieur d'un pas correspondant à une bille (4). Autrement dit, les trois capteurs sont décalés le long du trajet des billes d'une distance égale au tiers du pas (p) entre billes.

30 Par conséquent, les signaux délivrés par chacun des capteurs comportent des composantes alternatives pseudo sinusoïdales déphasées de 2n/3. Bien entendu, l'invention pourrait être généralisée à l'emploi d'un nombre supérieur de capteurs dans lesquels chacun des capteurs est séparé du capteur suivant d'une distance égale à p/N, correspondant à un déphasage de 2t/N, où p est le pas entre billes de roulement, et N le nombre de capteurs.

Comme déjà évoqué, le signal délivré par chacun des capteurs comporte une composante continue, ou quasi continue, c'est-à-dire variant à très basse fréquence, auquel se superpose la composante pseudo sinusoïdale résultant du nombre fini de billes.

Ainsi, le signal si délivré par un capteur de rang i, peut se modaliser de la manière suivante : si (kTe =Ai .[x(kT)+a.sin(wokT +go,)], dans laquelle kTe correspond à l'instant d'échantillonnage, Te représentant le pas d'échantillonnage, - Ai est un paramètre de réglage permettant de prendre en compte la dispersion mécanique et la conception des capteurs, x(kTe) est la composante quasi-continue du signal, a est l'amplitude de la modulation, c'est-à-dire du signal pseudo périodique, (0o est la pulsation de la composante pseudo sinusoïdale, fonction de la fréquence de rotation des billes et de leur nombre, et cpi le déphasage du signal.

Dans l'exemple illustré, le déphasage cp entre les différents signaux issu des trois capteurs est égal à 2n/3.

Comme déjà évoqué, conformément à l'invention, un signal intermédiaire est élaboré, de manière à extraire la composante moyenne quasi continue, sans appliquer de filtrage conventionnel, de façon à obtenir une mesure du signal quel que soit l'échantillonnage fixé par le procédé.

Plus précisément, le procédé conforme à l'invention élabore un signal intermédiaire qui est obtenu par la somme pondérée des signaux élémentaires issus de chacun des capteurs. Ainsi, un tel signal peut se modaliser d'une manière

suivante : 1 1s(kT) (kTe s(kT) Si,, (kT) = 3 x (kTe 11 + 0s2 (kTe 11 + 0s3 (kTe )x 3 )11 + 0s2 )11 + 0s3 (kTe )11 ) et dans lequel la norme de chacun des signaux s, est calculée de la façon suivante : m=M Ils, (kTe) = h(m).(s1((k ù m).Te ))2 = [si ((k ù m).Te ) ]2 m=1

dans laquelle, h(m) est une fenêtre de pondération. La largeur de cette fenêtre de pondération doit être suffisamment importante pour permettre d'obtenir une valeur globalement stable. En pratique, cette fenêtre de pondération est déterminée de la manière suivante. A partir d'un ensemble d'essais, on recherche la taille de la fenêtre qui accroît la précision de la reconstruction par rapport au capteur de référence, sans dégrader la sensibilité. On règle ce compromis par une procédure de validation croisée sur l'ensemble des essais, préalablement au calcul temps réel sur véhicule, qui appliquera les coefficients de pondération et la table optimale. Ainsi, dans le signal intermédiaire obtenu de cette manière, les composantes pseudo-sinusoïdales sont supprimées.

Les figures 2 à 2d illustrent en pratique l'effet de cette combinaison. Ainsi sur les figures 2a à 2c, on constate que la valeur moyenne (24) du signal (21) est additionnée d'une composante pseudo sinusoïdale correspondant aux ondulations (25) consécutives aux passages des billes. Le signal (26) illustré à la figure 2d, qui résulte de la somme pondérée des trois signaux (21,22,23) des figures 2a à 2c ne comporte plus cette composante pseudo sinusoïdale, ou bien alors à un niveau négligeable. A partir du signal intermédiaire SM, il est possible d'élaborer des valeurs 30 d'efforts effectivement transmis au niveau du roulement de roue, et d'en déduire les valeurs d'efforts longitudinaux et transversaux exercés au niveau de la zone de contact roue/chaussée. Ces calculs permettent de calculer l'adhérence mobilisée au niveau de chaque roue, par comparaison avec un capteur de référence, et termes de précision, bande passante, linéarité, hystérésis, répétabilité et sensibilité. Les figures 3a et 3b illustrent la comparaison des résultats obtenus conformément à l'invention, par rapport aux résultats obtenus en utilisant une instrumentation du type "roue dynamométrique".

10 Les situations représentées correspondent à un changement de file brutal à vitesse moyenne, typiquement 50 kilomètres/heures, suivi d'un freinage. Plus précisément, l'adhérence longitudinale illustrée permet d'identifier deux phases de forte accélération (41,42), suivie d'une phase de maintien de la vitesse (43), elle-même suivie d'un freinage fort (44). L'adhérence transversale illustrée permet 15 d'identifier un coup de volant à gauche (46), suivi d'un coup de volant à droite (47).

La valeur d'adhérence longitudinale ( x) élaborée par le procédé, et représentée par la courbe (31) est extrêmement proche des mesures effectuées via 20 la roue dynamométrique, illustrée par la courbe (32), présentant un bruit important.

La même remarque vaut pour les deux courbes (33) (34) illustrant l'adhérence transversale ( y) telles qu'illustrées à la figure 3b.

25 Il ressort de ce qui précède que le procédé conforme à l'invention permet de reconstruire sans filtrage temporel, la valeur moyenne du signal représentatif de l'effort transmis au niveau du roulement de roue. Cette reconstruction permet avantageusement de calculer l'adhérence mobilisée par un traitement en temps réel. Le procédé est d'autant plus intéressant qu'il ne nécessite pas de compensation en 30 température, et qu'il peut être étendu à un nombre de capteurs importants, pour des questions de précisions.5

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure des paramètres d'adhérence entre la roue d'un véhicule et la chaussée, dans lequel plusieurs capteurs (11,12,13) équipant le roulement de la roue (1) du véhicule délivrent chacun un signal élémentaire (s1,s2,s3) représentatif de déformation locale du roulement (1), elle-même fonction des efforts transmis par le roulement, lesdits signaux élémentaires (S1,S2,S3) comportant une composante continue et une perturbation périodique due au passage des billes du roulement au droit du capteur concerné, caractérisé en ce que, à partir des signaux élémentaires (S1,S2,S3), on élabore un signal intermédiaire (SM) obtenu par la somme pondérée des signaux élémentaires issus desdits capteurs, le signal intermédiaire étant représentatif de la valeur moyenne desdits signaux élémentaires.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la somme pondérée utilise des coefficients proportionnels à la somme des normes de tous les signaux élémentaires, et inversement proportionnels à la norme (II s, II) de chaque signal élémentaire concerné.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les capteurs (11,12,13) sont décalés spatialement par rapport aux positions des billes (14) du roulement, de sorte que les signaux élémentaires (s1,s2,s3) sont déphasés de façon équirépartie et présentent des déphasages qui sont multiples les uns des autres.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de comparaison du signal intermédiaire (SM) par rapport à un signal de référence associé à un ensemble prédéterminé de paramètres d'adhérence.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la comparaison est effectuée par régression linéaire.